Antiferromagnetismi

Tuttu Heisenbergin teoria ferromagnetismista 3d-siirtymämetalleissa raudassa, koboltissa ja nikkelissä perustuu oletukseen positiivisesta vaihto-integraalista vierekkäisten ionien välillä, sillä ferromagnetismi ei ole mahdollista tapauksissa, joissa tämä integraali on negatiivinen (`antiferromagneettinen’). Ajatus siitä, että 3d-sarjan muilla ei-ferromagneettisilla jäsenillä (Sc, Ti, V, Cr, Mn) on näin ollen negatiivinen vaihto-integraali, johti antiferromagneettisten järjestelmien ominaisuuksien teoreettiseen tutkimiseen. Néel osoitti ensimmäisenä, että tällaisella systeemillä on kriittinen lämpötila Tc, jonka alapuolella atomimomentit ovat vuorotellen yhdensuuntaisia ja vastakkaisia. Tc:n yläpuolella momentit ovat epäjärjestyksessä, kuten ferromagneeteissa, jotka ovat Curie-lämpötilan yläpuolella. Van Vleck laajensi teoriaa myöhemmin, ja sitten kävi ilmi, että antiferromagneettinen malli sopi hyvin useisiin yksinkertaisiin siirtymämetallien yhdisteisiin (esim. CrSb, MnO, MnF2). Näitä varhaisia kehityskulkuja, jotka olivat tapahtuneet sodan ensimmäisiin vuosiin mennessä, kuvataan 1 ja 2 §:ssä. Erityistä huomiota kiinnitetään Van Vleckin teoriaan, koska se muodostaa lähtökohdan monille myöhemmille töille. Pykälässä 3 tarkastellaan antiferromagneettisia yhdisteitä koskevia myöhempiä kokeellisia tutkimuksia, ja erityistä huomiota kiinnitetään neutronidiffraktiomenetelmillä saatuihin tuloksiin. Magneettisen anisotropian ja monissa antiferromagneettisissa ristikoissa järjestäytymisen yhteydessä esiintyvien lievien vääristymien mittauksia kuvataan myös yksityiskohtaisesti, ja sivumennen käsitellään havaintojen teoreettista merkitystä. Teoreettisia yrityksiä parantaa Van Vleckin teoriaa sekä laajentamalla mallia että käyttämällä tarkempia tilastoja tarkastellaan 4 §:ssä. Tässä jaksossa käsitellään myös superexchange-mekanismia, joka selittää sen havainnon, että esimerkiksi MnO:ssa voimakkaimmat vuorovaikutukset ovat seuraavaksi lähimpien naapurien Mn-ionien välillä eivätkä lähimpien naapureiden välillä, kuten voisi olettaa. Viimeinen jakso (5 §) sisältää lyhyen katsauksen ei-ferromagneettisten siirtymämetallien nykytilanteeseen; siinä osoitetaan, miten Shullin ja Wilkinsonin viimeaikaiset neutronidiffraktiotutkimukset suosivat kollektiivisten elektronien kuvausta eikä sellaista kuvausta, joka on onnistunut antiferromagneettisten yhdisteiden kohdalla. Slater on hiljattain osoittanut, miten nykyistä kollektiivisten elektronien teoriaa voidaan laajentaa niin, että se voi antaa antiferromagneettisen järjestyksen. Kertomuksen lopussa on taulukko, jossa luetellaan antiferromagnetismia koskevat kokeelliset julkaisut yhdisteiden ja tutkittujen ominaisuuksien mukaan. Tämän pitäisi olla hyödyllistä, koska usein on vaikea jäljittää kokeellista työtä tietystä kiinnostavasta yhdisteestä.